Estagio em Engenharia de Processos Pintura Industrial

1. PROCESSO DE PINTURA INDUSTRIAL

Na década de 1950, os primeiros estudos para aplicação de pintura automotiva surgiram e, em 1962, a Ford utilizou pela primeira vez o processo eletroforese para a pintura de rodas. Em 1963, a empresa usou a eletroforese para pintar seus automóveis e, no ano de 1971 o processo catódico foi introduzido para utilização industrial.

A pintura por eletrodeposição, também conhecida como E-coat, KTL (Kathodifsche TauchLackierung), cataforese, eletroforese, entre outras, foi desenvolvida para garantir características anticorrosivas a peças metálicas de diferentes formas geométricas. Este processo consiste em imergir o objeto a ser pintado num banho de tinta diluída em água, onde se faz passar uma corrente elétrica contínua e, através de uma diferença de potencial, deposita-se um revestimento orgânico (tinta), formando uma película uniforme e coesa nesta superfície. (MONTAGNOLI, 2005).

A corrente elétrica contínua é aplicada por meio de um equipamento chamado retificador. A peça a ser pintada constitui o cátodo do circuito de corrente contínua e nela é ligado o polo negativo do retificador. O ânodo, sendo o pólo negativo, é um tubo de aço inox alocado dentro das células diálise presentes no tanque.

As partículas de tinta ácidas e negativas são atraídas pela peça metálica e a tinta é depositada na peça formando uma película uniforme sobre cada superfície, cavidade e cantos de difícil acesso, até a camada atingir uma espessura desejada regulada através do retificador. O processo está ilustrado na Figura 6.

Figura 6. Processo de pintura por eletroforese.[pic 1]

Fonte: Documento: Processo de Deposição de tintas catódicas por eletroforese e suas correlações com a qualidade e o meio ambiente. (2019).

O processo de pintura por eletrodeposição é o mesmo tanto para pintura em E-coat convencional, quanto para E-coat Acrílico. O que muda é o tipo específico da tinta por uma tecnologia de eletrodeposição acrílica, eliminando a necessidade de uma operação adicional de acabamento, continuando a atender aos requisitos de qualidade e proteção superficial.

4.1 FENÔMENOS FÍSICOS E QUÍMICOS DO PROCESSO

1. Eletrólise: reação de oxido-redução, com separação dos íons de hidrogênio e oxigênio quando dispostos em solução, dada uma aplicação de diferença de potencial elétrico.
2. Eletroforese: migração da partícula de tinta em direção ao objeto a ser pintado, dada uma aplicação de diferença de potencial elétrico.
3. Eletrocoagulação: troca de carga elétrica entre o íon e o polo contrário a sua carga, promovendo adesão da partícula ao substrato e formando um filme de tinta insolúvel quando em meio aquoso.
4. Eletroosmose: eliminação dos eletrólitos presentes na tinta, fazendo com que o filme eletro depositado perca quase toda sua água e ficando hidrófobo.

4.2 VANTAGENS DO PROCESSO DE PINTURA E-COAT 

O processo de pintura KTL tem como principais vantagens:

• Aproveitamento de tinta em 98%, gerando mais economia de processo;
• Baixo VOC (compostos orgânicos voláteis) e isento de metais pesados, sendo ecologicamente mais viável;
• Processo automático, gerando alta produtividade;
• Baixa viscosidade do banho de tinta, significando fácil movimentação;
• Formação de uma camada protetora em áreas de difícil acesso, uniformizando a pintura em toda a peça.

1. PROCESSO DE PRÉ-TRATAMENTO DO E-COAT ACRÍLICO

Para um bom desempenho de pintura, necessita-se de um bom preparo da superfície que irá recebê-la. As tintas aderem aos metais por meio de diversas ligações, sendo elas físicas, químicas e mecânicas. As ligações físicas e químicas acontecem através da interação entre as moléculas presentes na tinta com os grupos existentes nos metais. Já as ligações mecânicas, além de estarem relacionadas às outras duas ligações, se dão pela necessidade de certa rugosidade na superfície da peça (ACADEMIA ERZINGER, 2019).

Quando se trata de preparar uma superfície, significa obter limpeza e rugosidade. A limpeza é responsável por eliminar materiais contaminantes, como óleos, graxas, oxidações, carepas de carbono e demais sujidades, enquanto que a rugosidade aumenta a superfície de contato e auxilia na melhor aderência da tinta. (ACADEMIA ERZINGER, 2019).

Mais de 60% de casos relatados com falhas prematuras em revestimentos, como corrosão ou empolamentos foram decorrentes de erros na preparação da superfície. Além disso, um pré-tratamento efetivo depende não só da ciência e de formulações químicas de alta qualidade, mas também de sistemas robustos que controlam a temperatura, o fluxo e a duração do processo de aplicação.

5.1 DESENGRAXE

É o primeiro contato da peça com o pré-tratamento. Esta operação é responsável por remover graxas, óleos, lubrificantes, bem como outros materiais aderidos (poeiras, resíduos de abrasivos e cavacos). O tratamento é feito por imersão em um tanque de 14.000 L contendo uma solução alcalina aquecida a 60°C. O produto químico utilizado no tanque de desengraxante é conhecido como Ultrax 32, composto basicamente por hidróxido de sódio, surfactantes e resíduos de óleo.

Parâmetros analisados diariamente:

• Concentração: 4.0 – 6.0%;
• Alcalinidade livre: 8,7-13,0 mL;
• Teor de óleo <1,0 mL;
• Tempo de aplicação: 5 minutos.

1. DECAPAGEM

Tem por finalidade a remoção de toda a “capa” de óxidos e carbonos presentes na peça. Para a eficiência desse processo, é necessário que o desengraxe tenha acontecido de forma adequada, pois excesso de oleosidades pode dificultar a ação do decapante.

Além de remover os óxidos, a decapagem proporciona certa rugosidade à superfície. Entretanto, por ser um ácido forte e concentrado, pode atacar severamente a peça e oxidá-la, invertendo o processo desejado. Desta forma, precisa-se de certo controle no tempo de imersão das peças no tanque de decapagem.

O produto utilizado no processo é conhecido como Corrosol 1777, composto basicamente por Ácido Sulfúrico (H2SO4). Apresenta baixo custo, está inserido em um tanque de 15.700 L e também é aquecido em até 60°C.

Parâmetros analisados diariamente:

• Concentração: 17,0 – 25,0%;

• Acidez livre: 20,5-30.1 mL;

• Teor de ferro <50 g/L;

• pH < 3

1. NEUTRALIZADOR

A função deste tanque de 14.000 L é neutralizar a acidez residual das peças após a passagem pelo tanque de decapagem e contribuir para amenizar a oxidação das mesmas, criando uma camada molecular de cargas negativas que dificultam a oxidação do metal. Além de interromper ação do decapante no substrato, o neutralizador auxilia a reduzir o consumo de água no processo, evitando a contaminação precoce dos enxágues.

O produto utilizado no tanque é chamado Neutralizer 41, composto basicamente por Hidróxido de Sódio (NaOH). O neutralizador evita o arraste de ácido para o restante dos tanques, mantendo a vida útil da tinta. Dessa forma, é de extrema importância que o tanque de neutralizador seja controlado com cautela para evitar contaminação no KTL.

Parâmetros analisados diariamente:

• pH: 9,0 – 13,0;

• Alcalinidade livre: 0,05 – 0,22 mL.

1. NANOTECNOLOGIA

O processo de nanotecnologia, também chamado de nanocerâmico, substitui o fosfato de ferro, comumente utilizado em pinturas industriais. Tem como função formar uma película anticorrosiva na superfície da peça metálica, para promover maior resistência à corrosão e apresenta cerca de 95% a mais de desempenho quando comparado aos processos convencionais à base de fosfato.

 O processo nanocerâmico utiliza uma composição à base de flúor, zircônio e cobre, utilizando um produto denominado Zircobond 4200 DR. Além disso, o revestimento nanocerâmico possui benefícios ambientais, diferentemente do fosfato de ferro, que gera um lodo de grande volume classificado segundo NBR 10004 em Resíduos Perigosos (classe I). (ACADEMIA ERZINGER, 2019).

O nanocerâmico não gera lama e não requer processos de tratamento sofisticados. O banho de 14.000 L não precisa ser descartado, apenas necessita de reforços para permanecer em boas condições. O sistema de filtração do tanque de nanocerâmico ocorre através de um filtro prensa que separa os sólidos mais grossos da parte líquida, esta que retorna ao tanque, recuperando ao máximo o banho.

Abaixo seguem as especificações do tanque de nanocerâmico:

• pH: 4.4 – 5.2;

• Concentração: 3.5%;

• Zircônio: 150 - 225 ppm;

• Cobre: 15 - 25 ppm;

• Fosfato: máximo 50 ppm;

• Fluoreto livre: 50 – 125 ppm;

• Teor de ferro solúvel: máximo 100 ppm

1. ENXÁGUES

A principal função dos tanques de enxágues é remover o excesso de produtos químicos utilizados no processo de pré-tratamento, para que não ocorra arraste ao tanque de E-coat, contaminando-o. Ao todo são sete tanques de enxágues com volume de 14.000 L.

Os enxágues 1, 2, 3, 4 e 5 são compostos por água industrial, gerando uma renovação de aproximadamente 280 m³ por mês de água. Já os enxágues 6 e 7 são compostos por água DI e geram uma renovação de aproximadamente 224 m³ por mês de água.

5.6 PERMEADOS E ENXÁGUE DI

Para que a tinta não forme descontinuidade na superfície pintada, deve-se realizar um enxágue em água deionizada, por exemplo. Porém, se for adotado este procedimento haverá perda completa da tinta, pois a água deionizada não pode ser retornada para o banho de eletroforese. A solução que se encontra para evitar esta perda é retirar parte do banho, passá-lo por um ultrafiltro (UF), e obter o permeado, isto é, um ultrafiltrado limpo sem pigmento e resina, usando-o para enxaguar as peças, e retorná-lo ao banho, formando um circuito fechado que não traria nenhuma diluição da tinta e tão pouco aumento de volume.

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